(57)【要約】【課題】  潤滑剤に混入している異物の量など、潤滑剤の劣化に関する詳細な情報を検出することができる潤滑剤劣化検出装置を提供する。また、潤滑剤の劣化の状態を容易に検出することができて、軸受の潤滑不良を未然に防ぐことができる検出装置付き軸受を提供する。【解決手段】  この潤滑剤劣化検出装置１は、波長がそれぞれ異なる複数の発光素子３Ａ，３Ｂと、これら複数の発光素子３Ａ，３Ｂの光が入射する少なくとも一つの受光素子４とを有する光学系２と、潤滑剤６の劣化状態を推定する推定手段５とを備える。光学系２は、上記複数の発光素子３Ａ，３Ｂと受光素子４間の光路中に潤滑剤６を介在させるものとする。推定手段５は、上記受光素子４の出力から検出される波長毎の吸収率の違いから潤滑剤６の劣化状態を推定する。この他に、発光素子を白色とし、波長感度の異なる複数の受光素子を用いても良い。この構成の潤滑剤劣化検出装置１を軸受に搭載する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長がそれぞれ異なる複数の発光素子と、これら複数の発光素子の光が入射する受光素子とを有する光学系を設け、この光学系は、上記複数の発光素子と受光素子間の光路中に潤滑剤を介在させるものとし、上記受光素子の出力から検出される波長毎の吸収率の違いから潤滑剤の劣化状態を推定する推定手段を設けた潤滑剤劣化検出装置。
【請求項２】
少なくとも一つの発光素子と、それぞれ異なる波長感度を有し前記発光素子の光を受光する複数の受光素子とを有する光学系を設け、この光学系は、上記発光素子と複数の受光素子間の光路中に潤滑剤を介在させるものとし、上記各受光素子の出力を比較して検出される波長毎の吸収率の違いから潤滑剤の劣化状態を推定する推定手段を設けた潤滑剤劣化検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の潤滑剤劣化検出装置が軸受に搭載された潤滑剤劣化検出装置付き軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、潤滑剤の混入物などによる劣化状態を検出する潤滑剤劣化検出装置、およびその潤滑剤劣化検出装置を備えた検出装置付き軸受、例えば鉄道車両用、自動車用、産業機械用等の潤滑剤劣化検出装置付き軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
潤滑剤を封入した軸受では、軸受内部の潤滑剤（グリース、油など）が劣化すると転動体の潤滑不良が発生し、軸受寿命が短くなる。転動体の潤滑不良を、軸受の振動状態などから判断するのでは、寿命に達して動作異常が発生してから対処することになるため、潤滑状態の異常をより早く検出できない。そこで、軸受内の潤滑剤の状態を定期的あるいはリアルタイムに観測し、異常やメンテナンス期間の予測を可能にすることが望まれる。
【０００３】
潤滑剤の劣化の主要な要因として、軸受の使用に伴って発生する摩耗粉が潤滑剤に混入することが挙げられる。
軸受の摩耗状態を検出するものとしては、軸受のシールの内側に電極やコイル等のセンサを配置し、摩耗粉の混入する潤滑剤の電気的特性を前記センサで検出するようにしたセンサ付き軸受が提案されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−２９３７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１のセンサ付き軸受は、潤滑剤の電気的特性を検出するものであるため、大量の摩耗粉が入って導通が起こるなどの状況にならなければ、特性変化として検出されず、混入物の検出が困難な場合がある。
このような課題を解決するものとして、例えば図６のように、発光素子３３と受光素子３４の間に検出対象となる潤滑剤３６を介在させ、発光素子３３から出射され潤滑剤３６を透過する光を受光素子３４で検出するようにし、受光素子３４で検出された光量から潤滑剤３６の劣化状態を推定する構成を考えた。
【０００５】
しかし、この構成の場合、潤滑剤と光の吸収量との単純な関係を捉えるのみで、光の波長による吸収率の違いなどの光学的な特徴を検出することができない。そのため、潤滑剤の劣化をより精度良く検出することが難しく、また潤滑剤に含まれる異物の種類など、潤滑剤の劣化に関する詳細な情報を得ることができない。
【０００６】
この発明の目的は、潤滑剤に混入している異物の量など、潤滑剤の劣化に関する詳細な情報を検出することができる潤滑剤劣化検出装置を提供することである。
この発明の他の目的は、潤滑剤の劣化の状態を容易に検出することができて、軸受の潤滑不良を未然に防ぐことができる検出装置付き軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の第１の発明に係る潤滑剤劣化検出装置は、波長がそれぞれ異なる複数の発光素子と、これら複数の発光素子の光が入射する少なくとも一つの受光素子とを有する光学系を設け、この光学系は、上記複数の発光素子と受光素子間の光路中に潤滑剤を介在させるものとし、上記受光素子の出力から検出される波長毎の吸収率の違いから潤滑剤の劣化状態を推定する推定手段を設けたものである。
このように構成された潤滑剤劣化検出装置では、複数（例えば２つ）の発光素子から出射され潤滑剤を透過した光が受光素子で検出される。この場合、両発光素子を交互に点灯させると、受光素子は、潤滑剤での前記各波長毎の光透過率（または光吸収率）を時分割で測定することになり、各波長毎の透過光量を検出できる。その透過光量は、検出対象となる潤滑剤に含まれる鉄粉などの異物の含有量が多いほど減少するので、検出される透過光量から推定手段は潤滑剤における異物の含有量を推定することができる。
潤滑剤が例えば軸受に用いられる場合、潤滑剤の劣化の主要な要因として、軸受の使用に伴って発生する摩耗粉が潤滑剤に混入することが挙げられるので、潤滑剤に混入する異物である摩耗粉の含有量を前記推定手段で推定することにより、潤滑剤の劣化状態を推定することができる。とくに、この潤滑剤劣化検出装置では、それぞれ異なる波長の透過光量を光学系で検出するようにしているので、波長に応じた透過光量の違いから、例えば潤滑剤の汚れ具合や色合い、混入する異物の特定など、劣化に関する詳細な情報を得ることが可能となる。
【０００８】
この発明の第２の発明に係る潤滑剤劣化検出装置は、少なくとも一つの発光素子と、それぞれ異なる波長感度を有し前記発光素子の光を受光する複数の受光素子とを有する光学系を設け、この光学系は、上記発光素子と複数の受光素子間の光路中に潤滑剤を介在させるものとし、上記各受光素子の出力を比較して検出される波長毎の吸収率の違いから潤滑剤の劣化状態を推定する推定手段を設けたものである。
このように構成された潤滑剤劣化検出装置では、発光素子から出射され潤滑剤を透過した光が、異なる波長感度を有する複数の受光素子で検出される。推定手段は、検出される透過光量から潤滑剤における異物の含有量を推定することができ、推定される異物の含有量から、潤滑剤の劣化状態も推定することができる。また、異なる波長の透過光量または光吸収率を光学系で検出するようにしているので、波長に応じた透過光量の違いから、潤滑剤の汚れ具合や色合い、混入する異物の種類の特定など、劣化に関する詳細な情報を得ることが可能となる。
【０００９】
この発明の潤滑剤劣化検出装置付き軸受は、この発明の潤滑剤劣化検出装置を搭載したものである。
この構成によると、軸受内部の潤滑剤の劣化に関する詳細な情報や、潤滑剤に混入する鉄粉などの異物の量を正確に、かつ軸受外部から定期的あるいはリアルタイムに検出することができる。これにより、軸受に動作異常が発生する前に潤滑剤の交換の必要性を判断できるため、軸受の潤滑不良による破損を防ぐことができる。また、潤滑剤交換の必要性を潤滑剤劣化検出装置の出力によって判断できるため、使用期限前に廃棄される潤滑剤の量が減少する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の第１の発明に係る潤滑剤劣化検出装置は、波長がそれぞれ異なる複数の発光素子と、これら複数の発光素子の光が入射する少なくとも一つの受光素子とを有する光学系を設け、この光学系は、上記複数の発光素子と受光素子間の光路中に潤滑剤を介在させるものとし、上記受光素子の出力から検出される波長毎の吸収率の違いから潤滑剤の劣化状態を推定する推定手段を設けたため、潤滑剤に混入している異物の量など、潤滑剤の劣化に関する詳細な情報を検出することができる。
この発明の第２の発明に係る潤滑剤劣化検出装置は、少なくとも一つの発光素子と、それぞれ異なる波長感度を有し前記発光素子の光を受光する複数の受光素子とを有する光学系を設け、この光学系は、上記発光素子と複数の受光素子間の光路中に潤滑剤を介在させるものとし、上記各受光素子の出力を比較して検出される波長毎の吸収率の違いから潤滑剤の劣化状態を推定する推定手段を設けたため、潤滑剤に混入している異物の量など、潤滑剤の劣化に関する詳細な情報を検出することができる。
この発明の潤滑剤劣化検出装置付き軸受は、この発明の潤滑剤劣化検出装置を搭載したものであるため、潤滑剤の劣化の状態を容易に検出することができて、軸受の潤滑不良を未然に防ぐことができ、また潤滑剤交換の必要性の判断ができて、使用期限前に廃棄される潤滑剤の量が減少する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明の第１の実施形態を図１と共に説明する。図１は、この実施形態の潤滑剤劣化検出装置の概略構成図を示す。この潤滑剤劣化検出装置１は、波長がそれぞれ異なる複数（ここでは２つ）の発光素子３Ａ，３Ｂと、これら複数の発光素子３Ａ，３Ｂの光が入射する一つの受光素子４とを有する光学系２と、推定手段５とを備える。発光素子３Ａ，３Ｂには、発光ダイオード、例えば赤のＬＥＤと青のＬＥＤが用いられる。受光素子４には、両発光素子３Ａ，３Ｂの光の波長に感度のあるものが選択される。前記光学系２は、前記複数の発光素子３Ａ，３Ｂと受光素子４間の光路中に検出対象となる潤滑剤６を介在させている。これらの発光素子３Ａ，３Ｂ、受光素子４、および推定手段５となる回路は回路基板７に搭載され、この回路基板７がハウジング８内に設置される。ハウジング８は、検出対象となる潤滑剤６の収容が可能な凹部等のギャップ９を有し、このギャップ９を挟んで前記発光素子３Ａ，３Ｂと受光素子４が対向配置される。推定手段５は、前記受光素子４の出力から検出される波長毎の吸収率の違いから、設定基準に従い、潤滑剤６の劣化状態を推定するものである。推定手段５の検出信号は配線ケーブル１０から外部に出力される。また配線ケーブル１０を経て外部から潤滑剤劣化検出装置１に電源が供給される。
【００１２】
前記発光素子３Ａ，３Ｂとしては、ＬＥＤのほか、白熱電球、半導体レーザダイオード、ＥＬ、有機ＥＬ、蛍光管などを用いることができる。また、前記受光素子４としては、フォトダイオード、フォトトランジスタ、ＣＤＳ、太陽電池、光電子増倍管などを用いることができる。
【００１３】
この構成の潤滑剤劣化検出装置１によると、複数の発光素子３Ａ，３Ｂから出射され潤滑剤６を透過した光を一つの受光素子４で検出する。この場合、前記両発光素子３Ａ，３Ｂを交互に点灯させる。これにより、受光素子４は、片方の発光素子３Ａから出射され潤滑剤６を透過した所定波長の光と、もう片方の発光素子３Ｂから出射され潤滑剤６を透過した前記波長と異なる所定波長の光とを交互に検出する。すなわち、受光素子４は、潤滑剤６での前記各波長毎の光透過率（または光吸収率）を時分割で測定することになり、各波長毎の透過光量を検出できる。その透過光量は、検出対象となる潤滑剤６に含まれる鉄粉などの異物の含有量が多いほど減少するので、検出される透過光量から推定手段５は潤滑剤６における異物の含有量を推定することができる。
【００１４】
潤滑剤６が例えば軸受に用いられる場合、潤滑剤６の劣化の主要な要因として、軸受の使用に伴って発生する摩耗粉が潤滑剤６に混入することが挙げられる。したがって、潤滑剤６に混入する異物である摩耗粉の含有量を前記推定手段５で推定することにより、潤滑剤６の劣化状態を推定することができる。とくに、この潤滑剤劣化検出装置１では、それぞれ異なる波長の透過光量を光学系２で検出するようにしているので、波長に応じた透過光量の違いから、例えば潤滑剤６の汚れ具合や色合い、混入する異物の種類の特定など、劣化に関する詳細な情報を得ることが可能となる。
【００１５】
図２は、この発明の他の実施形態の概略構成図を示す。この実施形態の潤滑剤劣化検出装置１は、一つの発光素子３と、それぞれ異なる波長感度を有し前記一つの発光素子３の光を受光する複数（ここでは２つ）の受光素子４Ａ，４Ｂとを有する光学系２Ａと、推定手段５とを備える。片方の受光素子４Ａには例えば赤色に感度を有するものが、もう片方の受光素子４Ｂには例えば青色に感度を有するものが用いられる。発光素子３には、赤色および青色の波長を含んだ例えば白色光を発光するものが選択される。前記光学系２Ａは、前記発光素子３と複数の受光素子４Ａ，４Ｂ間の光路中に検出対象となる潤滑剤６を介在させている。これらの発光素子３、受光素子４Ａ，４Ｂ、および推定手段５となる回路が回路基板７に搭載され、この回路基板７がハウジング８内に設置されること、ハウジング８が検出対象となる潤滑剤６を収容可能なギャップ９を有すること、および前記ギャップ９を挟んで前記発光素子３と受光素子４Ａ，４Ｂが対向配置されることは、第１の実施形態の場合と同じである。推定手段５は、前記各受光素子４Ａ，４Ｂの出力を比較して、検出される波長毎の光透過率（または光吸収率）の違いから潤滑剤６の劣化状態を、設定基準に従って推定するものである。推定手段５の検出信号が配線ケーブル１０から外部に出力され、配線ケーブル１０を経て外部から潤滑剤劣化検出装置１に電源が供給されることも、第１の実施形態の場合と同じである。
【００１６】
この構成の潤滑剤劣化検出装置１では、一つの発光素子３から出射され潤滑剤６を透過した光を、異なる波長感度を有する複数の受光素子４Ａ，４Ｂで検出する。すなわち、各受光素子４Ａ，４Ｂは、発光素子３から出射され潤滑剤６を透過したそれぞれ波長の異なる光の透過光量を個別に検出する。推定手段５は、検出される透過光量から潤滑剤６における異物の含有量を推定することができる。
この潤滑剤劣化検出装置１の場合も、潤滑剤６に混入する異物の含有量を前記推定手段５で推定することにより、潤滑剤６の劣化状態を推定することができる。また、異なる波長の透過光量（または光吸収率）を光学系２Ａで検出するようにしているので、波長に応じた透過光量の違いから、潤滑剤６の汚れ具合や色合い、混入する異物の種類の特定など、劣化に関する詳細な情報を得ることが可能となる。
【００１７】
図３は、この発明のさらに他の実施形態の概略構成図を示す。この実施形態の潤滑剤劣化検出装置１は、図２に示す実施形態において、波長感度の異なる受光素子４Ａ，４Ｂに代えて、広範囲な波長感度を有する共通の受光素子４を複数を用いると共に、これら各受光素子４の前面側に透過波長の異なるフィルタ１１Ａ，１１Ｂをそれぞれ配置している。片方のフィルタ１１Ａには例えば赤色光を透過するものが、もう片方のフィルタ１１Ｂには例えば青色光を透過するものが用いられる。これにより、フィルタ１１Ａと受光素子４の組合せが図２における受光素子４Ａと同等の機能を持ち、フィルタ１１Ｂと受光素子４の組合せが図２における受光素子４Ｂと同等の機能を持つことになる。その他の構成は図２の実施形態の場合と同様である。
【００１８】
このように構成された潤滑剤劣化検出装置１では、一つの発光素子３から出射され潤滑剤６を透過した光を、透過波長の異なるフィルタ１１Ａ，１１Ｂを透過させて個別の複数の受光素子４で検出する。これにより、各受光素子４は、発光素子３から出射され潤滑剤６を透過したそれぞれ波長の異なる光の透過光量を個別に検出することになる。推定手段５は、検出される透過光量から潤滑剤６における異物の含有量を推定することができる。また、潤滑剤６に混入する異物の含有量を前記推定手段５で推定することにより、潤滑剤６の劣化状態を推定することができる。この場合も、異なる波長の透過光量（または光吸収率）を光学系２Ａで検出するので、波長に応じた透過光量の違いから、潤滑剤６の汚れ具合や色合い、混入する異物の特定など、劣化に関する詳細な情報を得ることが可能となる。
【００１９】
この実施形態の場合、透過波長の異なるフィルタ１１Ａ，１１Ｂを用いて、波長の異なる透過光量を個別の受光素子４で検出するようにしているので、検出対象となる潤滑剤６の特徴に合わせて、検出する波長光の組合せを容易に変更することができ、特に透過性に優れた長波長の赤外線を使用することも可能となる。
【００２０】
図４は、上記した潤滑剤劣化検出装置１を搭載した検出装置付き軸受を、鉄道車両用軸受ユニットに用いた断面図である。この場合の鉄道車両用軸受ユニットは、潤滑剤劣化検出装置付き軸受２１とその内輪２４の両側に各々接して設けられた付属部品である油切り２２および後ろ蓋２３とで構成される。軸受２１は、ころ軸受、詳しくは複列の円すいころ軸受からなり、各列のころ２６，２６に対して設けた分割型の内輪２４，２４と、一体型の外輪２５と、前記ころ２６，２６と、保持器２７とを備える。
後ろ蓋２３は、車軸３０に軸受２１よりも中央側で取付けられて外周のオイルシール２８を摺接させたものである。油切り２２は、車軸３０に取付けられて外周にオイルシール２９を摺接させたものである。これら軸受２１の両端部に配置される両オイルシール２８，２９により軸受２１の内部に潤滑剤が封止され、かつ防塵・耐水性が確保される。
【００２１】
軸受２１の外輪２５には、軸受内部に封入された潤滑剤の劣化を検出する潤滑剤劣化検出装置１が取付けられている。この潤滑剤劣化検出装置１は、外輪２５に両列の軌道面間で設けられた検出装置挿入孔２５ａに挿入されて軸受空間内に突出し、ボルト等により外輪２５に固定されている。潤滑剤劣化検出装置１およびその配線ケーブル１０には、防水・防油処理が施される。潤滑剤劣化検出装置１の取付部も耐油材料でシールされる。例えば、前記潤滑剤劣化検出装置１は、密封シール３２を介して外輪２５の検出装置挿入孔２５ａに挿入され、密封シール３２として、例えばＯリングが用いられる。このように、密封シール３２を介して潤滑剤劣化検出装置１が外輪２５に固定されることにより、潤滑剤劣化検出装置１の取付部から軸受内部へ水分やゴミ等が侵入するのを防止できる。
上記潤滑剤劣化検出装置１を搭載したこの検出装置付き軸受２１では、軸受内部に封入された潤滑剤の劣化を、軸受外から定期的にあるいはリアルタイムで正確に検出することができる。これにより、軸受２１に動作異常が発生する前に潤滑剤の交換の必要性を判断できるため、軸受２１の潤滑不良による破損を防ぐことができる。また、潤滑剤交換の必要性を潤滑剤劣化検出装置１の出力によって判断できるため、使用期限前に廃棄される潤滑剤の量が減少する。
【００２２】
図５は、潤滑剤劣化検出装置付き軸受の他の例を示す。この潤滑剤劣化検出装置付き軸受２１Ａは、図４に示した潤滑剤劣化検出装置付き軸受２１において、潤滑剤劣化検出装置１を、シール２９の内側面近傍に取付けたものである。その他の構成は図４の例と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る潤滑剤劣化検出装置の概略構成図である。
【図２】この発明の他の実施形態に係る潤滑剤劣化検出装置の概略構成図である。
【図３】この発明のさらに他の実施形態に係る潤滑剤劣化検出装置の概略構成図である。
【図４】上記潤滑剤劣化検出装置を搭載した検出装置付き軸受の一例を示す断面図である。
【図５】上記潤滑剤劣化検出装置を搭載した検出装置付き軸受の他の例の断面図である。
【図６】潤滑剤劣化検出装置の提案例の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２４】
１…潤滑剤劣化検出装置
２，２Ａ…光学系
３，３Ａ，３Ｂ…発光素子
４，４Ａ，４Ｂ…受光素子
５…推定手段
６…潤滑剤
２１，２１Ａ…潤滑剤劣化検出装置付き軸受
【図１】
2007198767.tif 000003
【図２】
2007198767.tif 000004
【図３】
2007198767.tif 000005
【図４】
2007198767.tif 000006
【図５】
2007198767.tif 000007
【図６】
2007198767.tif 000008